CN101414024A - 转向膜、显示器设备和过程 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种将光转向至目标角度的光转向制品，其包括：具有满足一定要求的部件的光出射表面；其中该部件的第一和第二表面以角α彼此相对，该角α在35到55度的范围内；其中该光转向体由折射率小于1.60的材料形成；和其中该目标角度为5到25度。

Description

转向膜、显示器设备和过程

技术领域

本发明一般地涉及显示照明制品(articles)，其用于增强来自表面的照明，更特别地涉及一种转向(turning)膜和方法(process)，其使来自导光板的光转向，且提供偏振光输出。

背景技术

液晶显示器(LCD)的成本和性能得到持续改进，成为用于很多计算机、仪器和娱乐应用的优选显示器类型。用于传统膝上型计算机显示器的透射LCD是一种背光显示器，具有位于LCD后、用于将光向外转向LCD的光提供表面。通过以下两种基本方法中的一种克服了提供具有足够均匀亮度的合适背光设备且同时保持紧凑和低成本的问题。在第一方法中，光提供表面用于提供高散射的、基本上朗伯(Lambertian)光分布，其在宽角度范围内具有基本上不变的亮度。通过该第一方法，以提高轴上和近轴亮度为目标，许多亮度增强膜被提出用来使该具有朗伯分布的光的一部分转向，以提供更加准直的照明。在提出的亮度增强膜的方案中有例如在美国专利No.5592332(Nishio等人)；美国专利No.6111696(Allen等人)和美国专利No.6280063(Fong等人)中描述的内容。在上述专利中描述的亮度增强膜(BEF)的方案提供了一些在宽视角内提高亮度的方法。但是总对比度(即使具有BEF)也依然相对较差。

提供背光照明的第二方法利用了导光板(LGP)，其接收来自置于侧面的灯或其它光源的入射光，使用全内反射(TIR)将该光向内引导，以使从LGP发射的光覆盖窄范围的角度。来自LGP的出射光通常相对于法线成相当陡的角度，例如70度或更大。通过该第二方法，转向膜(作为一种光转向制品)用于使来自LGP的发射光出射转向到法线。方向性的转向膜被广泛地称为光转向制品或光转向膜(例如购自纽约州鲍德温市的克拉来科斯公司(Clarex，Inc.，Baldwin，NY)HSOT(高散射光学透射)导光板)，其提供了一种改进的方案，用于提供这种均匀的背光，而在制造过程中不需要漫射膜或点打印(dot printing)。HSOT导光板和其他类型的方向性转向膜以各种组合使用棱镜阵列结构，使来自导光板的光转向至法线，或转向至其它一些合适的目标角度，该目标角度通常接近相对于二维表面的法线。作为一个实例，美国专利No.6746130(Ohkawa)描述了一种光控制片，其作用相当于用于LGP照明的转向膜。

参考图1，示出了显示装置100内导光板10的总功能。来自光源12的光入射在入射表面18上并经过导光板10，该导光板通常如所示是楔形的。光在导光板10内传播，直到全内反射(TIR)条件被破坏，然后可能从反射表面142上反射，在输出表面16离开导光板。该光然后到达转向膜122，然后被转向以照明例如LCD或其它类型空间光调制器或其它调制光的二维背光组件的光选通(light-gating)装置120。对于在大多数情况下的最优化视角，发射光应具有覆盖法线V附近相当窄的角度范围。偏振器124通常置于照明路径上，为光选通装置120提供用于调制的合适偏振光。但是，由于经过转向膜122后的光基本上是非偏振的或至多具有小程度的偏振，偏振器124可能需要吸收大约一半的光。为了克服这个问题，反射型偏振器125常常提供在吸收型偏振器124和转向膜122之间。一种反射型偏振器在名称为为“具有偏振功能的表面光源装置(Surfacelight source device with polarization function)”、发明人为Koike等人的美国专利Nos.5982540和6172809中公开。

很清楚地，减少提供偏振照明且没有牺牲图像品质和性能所需的组件总数是有利的。为了达到这个目标，有很多用来简化偏振器125的结构或通过组合功能来消除作为单个单元的该组件而提出的方案。在组合功能的尝试中，名称为“出射偏振的正面照明光的表面光源装置(Surface Light Source DeviceOutputting Polarized Frontal Illumination Light)”、发明人为Arai的美国专利No.6027220公开了一种表面光源装置，其能产生至少部分偏振的照明。如Arai的’220公开所示，有一些从导光板10出射的固有的一些偏振光(图1)。而且，该光被转向膜本质上进行进一步偏振。在利用一对转向膜的构造中，偏振甚至得到进一步的微小增加。根据Arai’220公开的方法，表面光源能设计为仅通过对每个转向膜使用合适的材料并根据其折射率n匹配这些材料相对来自导光板的光倾斜角度提供一定程度的偏振。虽然该方法具有提供一定程度偏振的优点，但是，存在实践上的限制：在基于简单地指定折射率n的情况下能获得多大的改进。而且，利用多转向膜的实施方案对照明系统设计增加了成本、厚度和复杂度。

在另一个方法中，主题为“用于增加偏振组件的设备、导光单元、液晶显示器以及偏振方法(Apparatus for Increasing a Polarization Component，Light GuideUnit，Liquid Crystal Display and Polarization Method)”、发明人为Suzuki的美国专利No.6079841提供了一种导光板，其设计为自行传输偏振光。Suzuki的’841导光板利用了层压在一起并定向以提供光的布儒斯特(Brewster)角条件来达到优选偏振态的导光叠层。虽然该方法具有在导光板自身内加入偏振组件的优点，但这种方法也具有缺点。导光板的复杂性和半波片或四分之一波片和反射器增加的需求抵消了通过在照明路径中消除作为独立组件的偏振器而获得的优点。

主题为“使用全内反射的偏振转向膜(Polarizing Turning Film Using TotalInternal Reflection)”、共同转让给Mi的美国专利No.7139125公开了一种偏振转向膜，其以几乎直角提供合适的偏振光出射，且根据来自对应导光板或其它方向性装置的光的角度范围，能用于两个方向中的任意一个。为了实现该目标，Mi的’125公开的膜利用了具有相对高的折射率n的材料，例如其中n超过了1.60。

虽然偏振转向膜能有助于提供LCD板需要的一些偏振，但是需要考虑成本因素和合适材料的可用性。而且，不是所有类型的LCD都需要提供的光都是高度偏振的。扭曲向列(Twisted Nematic)(TN)LC装置，这种广泛使用的LC装置，对于偏振就较不敏感。对于使用该类型光调制器的设备，对提供偏振的转向膜的需求较小，而对提供具有较低成本的材料的转向膜的兴趣提高，这种较低成本的材料可以具有较低的折射率。人们还认识到，对于多种显示应用来说，出射光不需要必须处于直角，当其以稍稍倾斜于法线转向时实际上可提供更好的清晰度。例如，航空电子设备显示器、汽车显示器和包括销售点显示器、赌博显示器和一些用于数据录入和察看的桌面显示器的其它类型显示器，常常在法线以外的角度被观看。

因此，可以看出，虽然已经提出了用于适于某些类型显示设备和应用的转向膜的方案，对于倾斜于法线的角度范围内导向光的转向膜可由较低成本、折射率为有用数值的光学材料制造的需要仍然存在。

发明内容

本发明提供了一种光转向制品，其用于将光转向到目标角度，该光转向制品包括：

(a)入射表面，用于接收入射角范围内的入射照明；

(b)输出表面，包括多个光转向结构，每个光转向结构具有：

(i)出射表面，在一个方向上偏离法线倾斜，由相对于入射表面的第一底(base)角β1来限定，和

(ii)第二表面，在相对于出射表面的相对方向上偏离法线倾斜，由相对于入射表面的第二底角β2来限定，

其中第一和第二表面以角α彼此相对，该角α在35到55度的范围内，

其中光转向制品由折射率小于1.60的材料形成，和

其中目标角度θ出射在5到25度的范围内。

本发明还提供了一种显示设备和一种用于使光转向的方法。

本发明的优点是提供了一种用于在与法线倾斜的角度范围内使光转向的转向膜。本发明的该转向膜能由较低成本、折射率为标准数值的光学材料制造。

附图说明

虽然说明书以特别指出和清楚地要求本发明的主题内容的权利要求书作为结束，应该相信的是，下面结合附图进行了描述，本发明将更加清楚，其中：

图1是描述常规显示设备组件的截面图；

图2A是表示通常对应美国专利No.6027220的图2、具有向下对着导光板的棱镜结构的转向膜的示意性截面图；

图2B是表示对应美国专利No.6027220的图8或图9当β2＝52.3°，β1＝75°，n＝1.58时或当β2＝55.7°，β1＝71.1°，n＝1.58时、具有向上的棱镜结构的转向膜的示意性截面图；

图2C是表示对应美国专利No.7139125的图2B、折射率n>1.6、具有向上的棱镜结构的偏振转向膜的示意性截面图；

图3是表示本发明的用于形成倾斜于法线的角度的光的转向膜的示意性截面图；

图4是表示本发明的用于形成倾斜于法线的角度的出射光的转向膜的示意性截面图，其中来自导光板的光遇到两个表面；

图5A是表示本发明转向膜的示意性截面图，其中基板和棱镜具有不同的折射率；

图5B是表示图5A的转向膜的示意性截面图，其中棱镜端部被削去和/或槽角是圆的；

图5C是表示图5A的转向膜的示意性截面图，其中棱镜的一个表面是弯曲的或具有两个或多个分段；

图5D是表示图4的转向膜的示意性截面图，其中基板和棱镜具有不同的折射率，来自导光板的光遇到两个表面，棱镜的一个表面是弯曲的或具有两个或多个分段；

图6是表示LCD显示系统中转向膜的示意性截面图；

图7A是表示具有一对偏振器的LCD的示意性顶视图，该偏振器定向为相对于转向膜的光转向结构的槽呈45度；

图7B是表示具有一对偏振器的LCD的示意性顶视图，该偏振器定向为相对于转向膜的光转向结构的槽平行或垂直；

图7C是表示具有弧形(arcuate)槽的转向膜的示意性顶视图；

图8A-8H是表示对于不同对比和发明实施方案的不同折射率，光强度与出射角度关系的图表；

图9A和9B是表示根据一个实施方案可用于两个位置中任意一个的转向膜的透视图；

图10A和10B是列出对于图8A-8H的图表中表示的不同实施方案的数值的图表。

具体实施方式

本说明书特别涉及按照本发明形成设备的一部分或者直接与设备合作的元件。可以理解的是，没有特别示出或描述的元件可采用对于本领域技术人员来说公知的各种形式。

本发明的设备使用通常成形为棱镜的光转向结构。真实的棱镜具有至少两个平面。但是，由于光转向结构的一个或多个表面在所有实施方案中不需要是平面的，但可以是弯曲的或具有多个部分(sections)，更常用的术语“光转向结构”用于该说明书中。

如之前给出的背景资料所述，传统的转向膜使来自导光板或类似光提供组件的以倾斜的入射角接收的光转向，该倾斜的入射角通常离开法线60度或更大。转向膜通常利用了一般为棱镜形状和不同尺寸的折射结构阵列，使来自导光板的光转向法线。因为这些以膜的形式提供，法线(V)被认为相对于膜表面的二维平面。

参考图1所示，光源12置于导光板10的侧面。导光板10的该位置和设计决定所需的转向膜的角动作和设计布置。对于导光板10性能条件的范围，本发明的光转向制品能用于替代图1设置中的传统转向膜122。

参考图2A，作为对比例，所示为与导光板10一起使用的传统转向膜122的示意性截面图，示出了关键角度和几何关系。转向膜122具有多个面向下对着导光板10的棱镜结构，每个结构具有近(near)表面24(相对于光源12近，如图1的实施方案中所示)和远表面26，两侧以相对于水平H的顶角α和底(base)角β1和β2确定的与膜法线方向V倾斜。来自导光板10的光在以入射角θ_入射围绕中心主光线的小角度范围内入射。传递到在转向膜122的平面22上的LC显示元件的光的主光线出射角θ_出射由包括中心入射角θ_入射、转向膜122的折射率n和远表面26倾斜的底角β1的多个因素所决定。出射光的出射角θ_出射优选垂直于转向膜122垂直，但是出射角θ_出射能认定为目标角，其对于某些应用可相对于法线稍稍倾斜。对于大部分传统的转向膜，目标角是垂直的。

图2B表示转向膜20a的不同设置，其中棱镜结构面向上对着LC装置或其它光调制器。平面22现在是入射表面；结构化表面是输出表面。在该构造中，用于本发明的基本模式，在输出表面上的每个光转向结构还具有近表面24(相对于光源12近，如图1的实施方案中所示)和远表面26，两侧相对膜法线方向V倾斜，以相对于标为H的参考线的顶角α和底(base)角β1和β2确定，该参考线平行于入射表面的平面并具有图2A、2B和以下视图内的水平方向。来自导光板10的光在围绕中心入射主角度θ_入射的小角度范围内入射。从转向膜20的结构化输出表面传递到LC显示器件的主光线出射角θ_出射由包括中心入射主(principal)角θ_入射、转向膜20的折射率n和远表面26以相对于平面22的倾斜角倾斜的底角β1的多个因素所确定。图2B对应美国专利No.6027220当β1＝52.3°，β2＝75°，n＝1.58时的图8或当β1＝55.7°，β2＝71.1°，n＝1.58时的图9。

图2C表示对应美国专利No.7139125图2B的偏振转向膜20b，其中棱镜结构面向上，折射率n>1.6的；

在图2A-2C中，转向膜的出射角对于法线方向最优化。在图2B和2C中，转向膜的出射光的偏振对比度被有意地提高。

参考图3，本发明改进的转向膜20的关键特征已示出。光转向结构又面向上(更特别地，面向外对着观众且对着LC装置或其它光调制器)。每个光转向结构相对光源12的位置而言具有近表面24和远表面26(图1)。如图2B中所示，远表面26是光发射或出射表面。远表面26具有合适的倾斜斜面(相对于平面22)，平面22上围绕中心照射光线R1(也成为主光线)的入射光被适当地转向至目标角度，膜法线方向V。在一个实施方案中，光转向结构在沿着转向膜20的表面的延伸方向线性延伸，以使每个光转向结构通常从输出表面的一边(edge)到另一边成直线(line)延伸，而相邻的光转向结构通常平行延伸。相对于图3的截面图，线性延伸方向垂直于该页面。可以理解，该设置对于制造转向膜20具有优点。但是，并不需要使光转向结构严格按照这样的线性延伸样式进行排列。一个重要特征是光转向结构的不同表面相对于来自导光板10的入射光角度的角度关系、转向膜的折射率n和出射光角度，如图3的截面侧视图所示。

在本发明的实施方案中，目标角度或出射角度θ_出射由入射角θ_入射、光转向结构的折射率n和远底角β₁利用等式(1)所描述的关系来确定。

              等式(1)

来自导光板的入射光以一组角度入射，该一组角度以主角度为中心，以使大多数入射光在主角度的±15度内。等式(1)和随后的等式使用入射角θ_入射作为主角度。

注意到等式(1)所表示θ_出射与θ_入射的关系通常应用于如图2B、图2C和图3所示的使用向上定向或面向外的光转向结构的转向膜，不考虑任何偏振，这是很有意义的。附加的偏振组件或第二转向膜对于在没有进一步措施的条件下改进偏振可能是必须的。

根据图2B中所示的对比实施例，选择底角β1、β2，折射率n和入射角θ_入射来提供一偏振光的高透过率、另一偏振光的低透过率，β2＝90°-θ₂，其中θ₂是在入射平面22上的折射角。

根据图2C中所示的对比实施例，选择在入射平面22上的入射角和折射角，θ_入射和θ₂，和在远表面26的θ₃和θ₄以接近各自的布儒斯特(Brewster)角，因此提供一定程度的偏振。

但是，该布儒斯特(Brewster)角关系在描述本发明转向膜的某些重要特征、角度和表面的图3中不是必须的。每个光转向结构具有记为26和24的远表面和近表面，每个分别从水平以底角β1、β2向上倾斜。顶角α形成于面24和26相交的地方。目标或出射角θ_出射不以法线(V)为中心，但偏离法线以使5度≤θ_出射≤25度。该转向膜与具有该转向膜的显示器被设计为用于航空电子设备显示器、汽车显示器和包括销售点显示器、赌博显示器和一些用于数据录入和察看的桌面显示器的其它类型显示器，因为它们常常以5度和25度之间的角度被观看。这通过选择合适的底角β1、β2、顶角α、折射率n和入射角θ_in而变得可行。

三界面(Interface)转向膜

下面参考图4，示出了本发明的另一个实施方案，其使用线性延伸的光转向结构，以对转向膜20内的光提供第三界面。这里，入射到远表面26上的光使用全内反射(TIR)进行反射，然后以角度θ₆入射在近表面24上，其中折射角θ₇不接近布儒斯特(Brewster)角。对于图4的设置，在转向膜20内的光路包括三个界面。第二界面没有利用布儒斯特(Brewster)角。相反地，全反射发生于第二界面。

沿着图4的光路，来自导光板10、以角度θ_入射入射的入射光以角度θ₂折射。在远表面26，入射角θ₃以角度θ₅产生全内反射。反射光在近表面24入射，以角度θ₇折射。出射光的角度θ_出射在5度和25度之间。

作为基本的考虑，为了使光先在远表面26上入射，下面的条件必须满足。

β₂≥90°-θ₂，                  等式(2)

为了使光没有经历全内反射穿过近表面24，下面的条件必须满足。

${\mathrm{\&theta;}}_7<{\mathrm{\&theta;}}_{\mathrm{TIR}}={\sin }^{-1}\left(\frac{1}{n}\right),$                   等式(3)

其中

         等式(4)

对于图4的实施方案，光转向结构元件自身能相对于膜或层平面被相当大地向外延伸，该膜或层上形成有这些元件。例如，这些元件可以是安装或固定到基板的单独制造的组件。其它可能的修改包括在远表面26施涂涂层，以某种方式调节光的特性。例如，使用反射性涂层而不是使用TIR反射是有利的。或者，远表面26可构造为循环光，例如具有不想要的偏振态的光。

添加到基板的结构

图3和4表示由单个基板形成的转向膜20。但是，实际上更多的是使用多于一种的材料来制造转向膜20，包括所用材料的折射率是相同或不同的情况。图5A是表示图3所示转向膜20的截面图，其中基板28和光转向结构34具有不同的折射率n和n1。这里，基板28提供其上附加光转向结构34的表面。光转向结构34可形成于透明介质的独立层上，然后该透明介质固定到基板28上。或者，光转向结构34可独立制造并固定到基板28上。

对于光转向结构基本形状的修改可有助于简化制造或改变光路的特性。例如，图5B是表示图5A所示转向膜的示意性截面图，其中光转向结构34的端部或顶部被削去(相对于代表削去表面29的水平虚线)和/或这些结构之间的槽角γ是圆的。由于靠近顶部的棱镜端部未用于图5B中的主光线31、32和33，这是可行的。

相似地，图5C是表示图5A所示转向膜的示意性截面图，其中远表面26具有弯曲表面或额外的分段(segment)表面27，其使第二光线43转向至优选方向，而主光线41和42也通过远表面26达到优选方向。

图5D是表示图4所示具有基板的转向膜的示意性截面图，该基板具有不同的折射率n1和在近表面24上的弯曲或额外分段表面25。图5D中棱镜的端部也可被削去。

图5A和5D的实施方案可具有成本以及制造上的优点。例如，某些材料可容易地获得，可能最适用于基板28。折射率小于1.60、较好在1.45-1.55或甚至1.47-1.52范围内的材料可能更适合用于提供光转向结构34。通过使用双材料设计，成本减少和高光学性能都可获得。

显示设备和偏振器取向

本发明的设备和方法允许很多用于支撑组件的可能构造，以提供用于LCD的光。图6是表示使用本发明转向膜20的显示设备60的示意性截面图。LC空间光调制器70调制从导光板l0和转向膜20接收的光。后偏振器72和前偏振器73被提供用于LC空间光调制器70。图7A是表示用于LC空间光调制器70的偏振光透过轴172和173的示意性顶视图，其使用了相对转向膜20的光转向结构75和槽呈45度取向的一对偏振器，该转向膜20在图7A视图中垂直地延伸。在该情况下，LC空间光调制器70可以是在笔记本和监视器显示器中使用的主流模式的扭曲向列(TN)LCD。有利地是，由于光输出对于非偏振光或P偏振和S偏振的平均被最优化，不需要如美国专利No.7139125的图6中示出的半波片。

图7B是表示用于LC空间光调制器70的偏振光透过轴172和173的示意性顶视图，其使用了相对转向膜20的槽和光转向结构75平行或垂直取向的一对偏振器。在这种情况下，LC空间光调制器70能使用垂直对准型(VA)LCD或IPS LC元件。后偏振器透过轴172平行于横截面平面。

在一个实施方案中，显示设备包括一对交叉(crossed)偏振器，其中光转向结构在延伸方向内延伸，其中交叉偏振器中的每一个取向为不是基本平行就是垂直于光转向制品的延伸方向。在另一实施方案中，显示设备包括一对交叉偏振器，其中光转向结构在延伸方向内延伸，其中交叉偏振器中的每一个基本取向为相对于光转向制品的延伸方向±45度。

如图7A所示，光转向结构75可在线性方向上延伸并基本上平行延伸。图7C是表示另一实施方案中具有弧形延伸光转向结构75的转向膜20的示意性顶视图。该设置对于为了具有更紧凑的设计而在导光板10的一个或多个转角利用例如发光二极管(LED)的点光源是有利的。后偏振器透过轴172与横截面平面更加平行或者较少平行(more or less parallel)。

用于形成转向膜20的材料

本发明的转向膜20可使用折射率典型地分布在从大约1.42到大约1.64、更优选地从大约1.47到大约1.55的聚合物材料来制造。可能的聚合物成分包括但不限于：聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚(环状烯烃)、聚碳酸酯、聚砜和各种共聚合物，该共聚合物包括丙烯酸酯、脂环丙烯酸酯、碳酸酯、苯乙烯(styrenic)、砜和公知用来赋予合乎需要的光学特性、特别是可见光范围内的高透过率和低混浊(haze)程度的其它种类的各种组合。前述聚合物的各种可混共混物也是可用于本发明的可能材料组合。聚合物成分可是热塑性或热固性的。前者可通过需要良好熔融可操作性的合适熔融方法制造，而后者通过合适的UV照射和固化过程或热固化过程制造。

转向膜的归一化峰值强度(或光学增益)和峰值角度

通常，光分布标准为空间和角度分布。通过将微功能元件(feature)仔细放置在导光板顶侧和/或底侧上可使得光的空间分布非常均匀。光的角分布表征为作为极性角θ和方位角函数的照明强度I。光的角分布用EZ Contrast160(购自法国的埃尔迪姆公司(Eldim))来测量。极性角θ是光方向和导光板法线V之间的角度。方位角是光在垂直于法线方向V的平面上的投影和平行于导光板长度方向的方向之间的角度。导光板的长度方向垂直于光源12和法线方向V。光的角分布表征为作为极性角θ和方位角的函数的亮度L。亮度L和照明强度I的关系为L＝I/cos(θ)。

来自导光板的光分布的峰值强度定义为最大照明强度。光分布的峰值角定义为峰值照明强度发生处的极性角。那么每个照明强度分布定义了峰值照明强度和峰值角。

转向膜的归一化峰值强度(也叫做光学增益)定义为透过转向膜的光的峰值照明强度与从导光板发射的光的峰值照明强度的比值。因此，转向膜的归一化峰值强度不依赖于光源的绝对水平，但主要依赖于转向膜设计本身。

因此，不同的转向膜设计能根据两个临界值作对比：归一化峰值强度(或光学增益)和光透过转向膜的峰值角度。

实施例实施方案的结果

图8A-8H表示，在固定底角β1和β2、顶角α分别为68°、60°、50°、40°、36°、30°、20°、10°的情况下，作为折射率n的函数的归一化峰值强度和峰值角度值。在这些图表的每一个中，横轴表示折射率n，其范围在1.3到1.7。左边的纵轴是峰值强度相对于入射光峰值强度的数值(由空白菱形代表)。右边的纵轴是相对于显示器法线V的峰值角度的数值(由实心正方形代表)。来自导光板的主光线的入射角大约是70度。

图10A表示了列出对于本发明由图8A-8H给出的转向膜实施方案计算出的顶角α、折射率和峰值角的数值的图表。峰值角数值的可接受范围在图10A中用黑体画出轮廓并标记为A。在区域A内的数值在图8A-8H中被相似地画出轮廓。

图10B给出了列出对于图8A-8H实施方案的顶角α、折射率和归一化峰值强度的数值的图表。峰值强度数值合乎需要的范围在图10B中用黑体画出轮廓并标记为C。在区域C内的数值在图8A-8H中被相似地画出轮廓。

从图8A-8H和图10A-10B中对应的图表中可以看出：对于具有结构和折射率n处于一定范围内的转向膜来说是有效方案。有效方案在A、B和C相交的区域内给出。这些结果显示：由于对于折射率在大约1.45和1.55之间的的材料能获得相对高的强度输出，具有从大约5到25度的出射角范围的可接受的转向膜能被提供具有位于60和20度之间、优选在从50到35度的范围内的顶角α。在大约1.45和1.55之间的折射率允许使用很多更常用的光学塑料。折射率的优选范围在从大约1.47到1.52的范围内。

在某些实施方案中，底角β1和β2是相等的。在这些角度不相等的情况下，转向膜20能可替换地在同一平面内从其原始位置在方向上旋转180度。如图9A和9B中所示，当入射光在主角度θ_入射1时转向膜20置于一位置内，当入射光在主角度θ_入射2时转向膜20在同一入射平面内转动180度。当该转动完成时，近表面24和远表面26的功能适当地改变了。

这样，本发明提供了一种使用低折射率光学聚合物的低成本转向膜方案。

本发明已经特别地参考了其中的某些优选实施方案进行了详述，但应该理解的是在本发明的精神和范围内能进行变化和修改。这里提到的专利和其它公开在这里被引入作为参考。

部件列表

1，2，3，4.区域

10.导光板

12.光源

14.端表面

16.出射表面

18.输入表面

20，20a，20b.转向膜

22.平面

24.近表面

25.分段表面

26.远表面

27.分段表面

28.基板

29.削去表面

31，32，33，35.光线

34.光转向结构

41，42，43，45.光线

52.反射表面

60.显示设备

70.LC空间光调制器

72.后偏振器

73.前偏振器

75.光转向结构

82.点光源

100.显示设备

120.光选通装置

122.转向膜

124.偏振器

125.反射型偏振器

142.反射表面

172，173.透过轴

α.顶角

β1.底角

β2.底角

γ.槽角

n.折射率

θ_入射1·对于第一导光板的入射角

θ_入射2·’对于第二导光板的入射角

θ_出射·出射或目标角

θ2.在平面上的折射角

θ3.在远表面上的入射角

θ4.在远表面上的折射角

θ5.在远表面在的反射角

θ6.在近表面上的入射角

θ7.在近表面上的折射角

V.膜法线方向

V1.在远表面上法线方向

V2.在近表面上法线方向

H.水平方向

R1.中心照明光线

Claims (10)

1.一种光转向制品，用于将光转向至目标角度，该光转向制品包括：

(a)入射表面，用于接收入射角范围内的入射照明；

(b)输出表面，包括多个光转向结构，每个光转向结构具有

(i)出射表面，在一个方向上偏离法线倾斜，由相对于入射表面的第一底角β1来限定；和

(ii)第二表面，在相对于出射表面的相对方向上偏离法线倾斜，由相对于入射表面的第二底角β2来限定；

其中该第一和第二表面以角α彼此相对，该角α在35到55度的范围内，

其中该光转向制品由折射率小于1.60的材料形成；和

其中目标角度θ_出射在5到25度的范围内。

2.如权利要求1所述的光转向制品，其特征在于第一和第二底角基本上相等。

3.如权利要求1所述的光转向制品，其特征在于所述光转向制品包括折射率在1.45到1.55范围内的材料。

4.如权利要求1所述的光转向制品，其特征在于该光转向制品由至少两种具有不同折射率的材料制造。

5.如权利要求1所述的光转向制品，其特征在于对于出射表面和第二出射表面中的至少一个，有多于一个的斜面。

6.如权利要求1所述的光转向制品，其特征在于在出射表面和第二出射表面中的至少一个的至少某些部分上有弯曲。

7.如权利要求1所述的光转向制品，其特征在于至少一个光转向结构被削去。

8.如权利要求1所述的光转向制品，其特征在于该光转向制品能与具有两个不同的入射照明主角度的两个不同导光板一起使用。

9.如权利要求1所述的光转向制品，其特征在于该目标角度在偏离法线10到20度的范围内。

10.如权利要求1所述的光转向制品，其特征在于多个光转向结构基本上是平行的，并从输出表面的一边延伸到另一边。

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